JP4622660B2 - Adsorption element - Google Patents
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Description
本発明は、吸着素子に関するものであり、詳しくは、吸着材により熱移動を行う吸着ヒートポンプや吸着材により除湿・加湿を行う各種の空調システムにおいて吸着ローターとして使用される吸着素子に関するものである。 The present invention relates to an adsorption element, and more particularly, to an adsorption element used as an adsorption rotor in an adsorption heat pump that performs heat transfer using an adsorbent and various air conditioning systems that perform dehumidification and humidification using an adsorbent.
吸着ヒートポンプやデシカントシステムは、吸着材の吸着および脱着機能を利用し、熱移動や湿度調節を行うシステムであり、例えばコジェネレーションシステムにおいて低温排熱を利用する各種の冷却装置、冷暖房装置、調湿装置などに適用される。そして、上記の吸着ヒートポンプやデシカントシステムに使用される吸着素子については、吸着能力を高め且つ装置の小型化を図るため、ローター構造のものが種々検討されている。 Adsorption heat pumps and desiccant systems are systems that use adsorption and desorption functions of adsorbents to control heat transfer and humidity. For example, various cooling devices that use low-temperature exhaust heat in cogeneration systems, air conditioning units, humidity control systems Applies to devices. And about the adsorption | suction element used for said adsorption | suction heat pump and a desiccant system, the thing of a rotor structure is examined variously in order to improve adsorption | suction capability and to achieve size reduction of an apparatus.
上記のローター構造の吸着素子としては、周面に通気用のセルが多数設けられた円筒状のハニカム構造体に吸着材を保持させて成る円筒状の吸着素子、および、端面に通気用のセルが多数設けられた円柱状のハニカム構造体に吸着材を保持させて成る円柱状の吸着素子の2つが「除湿エレメント」として提案されており、基材となる前記のハニカム構造体は、通常、平板状シートに波板状シートを重ねることにより一列のセルの列が形成されたハニカムシートを多数積層して構成される。 The rotor-structured adsorbing element includes a cylindrical adsorbing element in which an adsorbent is held in a cylindrical honeycomb structure having a large number of venting cells on the peripheral surface, and an air-permeable cell on the end face. Two columnar adsorbing elements formed by holding an adsorbent in a columnar honeycomb structure provided with a large number of have been proposed as "dehumidifying elements". A plurality of honeycomb sheets in which a row of cells is formed by stacking corrugated sheets on a flat sheet are laminated.
円筒状のハニカム構造体は、高さ方向に沿って上記のハニカムシートを積層して成り且つその端面が略扇状に形成された柱状の積層体を複数使用し、前記の端面がハニカム構造体の端面に位置する様に柱状の積層体を環状に連結して製造される。一方、円柱状のハニカム構造体は、芯材に上記のハニカムシートを巻き付けるか、または、芯材の周りに上記のハニカムシートを順次に積層して製造される。なお、円筒状のハニカム構造体は、ハニカムシートが軸線方向に順次積層された構造を備えており、円柱状のハニカム構造体は、ハニカムシートが半径方向に順次積層された構造を備えている。
従来のローター構造の吸着素子は、平板状シートと波板状シートを組合わせ、しかも、これらを積層した構造をハニカム構造体が備えており、基材であるハニカム構造体の製造工程が複雑であるため、製造コストを十分に低減できないと言う問題がある。特に、円筒状の吸着素子は、柱状の積層体を多数作製した後、これらを環状に連結してハニカム構造体を製造するため、製造工程が一層複雑である。 The conventional rotor structure adsorption element is a combination of a flat sheet and a corrugated sheet, and the honeycomb structure has a structure in which these are laminated, and the manufacturing process of the honeycomb structure as a substrate is complicated. Therefore, there is a problem that the manufacturing cost cannot be reduced sufficiently. In particular, since a cylindrical adsorbing element is manufactured by manufacturing a large number of columnar laminated bodies and then connecting them in a ring shape to manufacture a honeycomb structure, the manufacturing process is further complicated.
また、従来の吸着素子は、平板状シートと波板状シートを組合わせているため、各セルの開口形状が実際には略三角形となり、その底辺側の各角部は角度の小さな鋭角の角部となるため、各セルの通気量が開口面積に比べて小さく、保持させた吸着材の全量について吸着性能を十分に発揮させることが出来ないと言う問題がある。更に、円筒状の吸着素子は、ハニカム構造体において連結された積層体間に隙間が生じたり、ハニカム構造体の外周面が完全な円周面にならないため、装置に組み込んだ場合、素子の外周側に空気が漏洩して各セルに十分に空気が通過せず、吸着性能が更に低下することがある。 In addition, since the conventional adsorption element combines a flat sheet and a corrugated sheet, the opening shape of each cell is actually a substantially triangular shape, and each corner on the base side is an acute angle with a small angle. Therefore, there is a problem in that the air flow rate of each cell is smaller than the opening area, and the adsorption performance cannot be fully exhibited with respect to the total amount of adsorbent held. Furthermore, since the cylindrical adsorption element has a gap between the laminated bodies connected in the honeycomb structure or the outer peripheral surface of the honeycomb structure does not become a complete circumferential surface, Air may leak to the side, and air may not sufficiently pass through each cell, further reducing the adsorption performance.
吸着素子の利用分野は家庭用空調装置などの小型の機器にも拡大する方向にあり、斯かる分野においてはより汎用的で且つ優れた特性の吸着素子が望まれる。本発明の目的は、より低コストで製造でき、しかも、より高い吸着性能を発揮し得るローター構造の改良された吸着素子を提供することにある。 The field of application of the adsorption element is in the direction of expanding to small devices such as home air conditioners. In such a field, an adsorption element having a more general purpose and excellent characteristics is desired. An object of the present invention is to provide an adsorption element having an improved rotor structure that can be produced at a lower cost and that can exhibit higher adsorption performance.
上記の課題を解決するため、本発明においては、吸着素子の基材となるハニカム構造体の構造として、方形平板状に形成された多数のシートの積層体を展開して得られる略波板状のシートのみの積層構造を採用することにより、製造工程の簡素化を図り、そして、前記の積層構造によってハニカム構造体のセルの開口形状を略六角形に形成することにより、通気効率を高める様にした。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, as the structure of the honeycomb structure serving as the base material of the adsorption element, a substantially corrugated plate shape obtained by developing a laminate of a large number of sheets formed in a rectangular flat plate shape. By adopting the laminated structure of only the sheet, the manufacturing process is simplified, and the opening shape of the cells of the honeycomb structure is formed in a substantially hexagonal shape by the laminated structure, thereby improving the ventilation efficiency. I made it.
すなわち、本発明の第1の要旨は、周面に通気用のセルが多数設けられた円筒状のハニカム構造体に吸着材を保持させて成る円筒状の吸着素子であって、前記ハニカム構造体が略波板状のシートのみを円周方向に沿って積層した構造を備えていることにより、前記各セルの開口形状が略六角形に形成されていることを特徴とする吸着素子に存する。 That is, the first gist of the present invention is a cylindrical adsorbing element in which an adsorbent is held in a cylindrical honeycomb structure provided with a large number of ventilation cells on the peripheral surface, the honeycomb structure However, the opening element of each cell is formed in a substantially hexagonal shape by providing a structure in which only a substantially corrugated sheet is laminated along the circumferential direction.
また、本発明の第2の要旨は、端面に通気用のセルが多数設けられた円柱状のハニカム構造体に吸着材を保持させて成る円柱状の吸着素子であって、前記ハニカム構造体が略波板状のシートのみを円周方向に沿って積層した構造を備え、かつ、方形平板状に形成された多数のシートを積層すると共に、各シートの表裏に当該シートの一辺と平行に一定ピッチで且つ表裏で1/2ピッチずれた状態で設定された多数の直線状接合部において各隣接するシートを互いに接合して成る積層体を使用し、これを拡げた場合にセルが開口する側の積層面に隣接する他の平行な2つの積層面を湾曲させる状態に前記積層体を展開することによって構成されていることにより、前記各セルの開口形状が略六角形に形成されていることを特徴とする吸着素子に存する。 The second gist of the present invention is a columnar adsorbing element in which an adsorbent is held in a columnar honeycomb structure provided with a large number of ventilation cells on the end face, and the honeycomb structure includes It has a structure in which only substantially corrugated sheets are laminated along the circumferential direction , and a large number of sheets formed in a rectangular flat plate shape are laminated, and the front and back of each sheet are fixed in parallel with one side of the sheet. The side on which the cell opens when a laminate is formed by joining adjacent sheets to each other in a large number of linear joints set at a pitch and shifted by 1/2 pitch on the front and back sides. The opening shape of each cell is formed in a substantially hexagonal shape by expanding the stacked body in a state in which the other two parallel stacked surfaces adjacent to the stacked surface are curved . Adsorption element featuring To.
本発明の吸着素子によれば、略波板状のシートのみの積層構造をハニカム構造体が備えており、方形平板状の多数のシートの積層体を展開することによりハニカム構造体を簡単に作製できるため、製造コストをより低減でき、そして、ハニカム構造体における前記の積層構造により各セルの開口形状が略六角形に形成されているため、通気効率を高め、吸着性能をより高めることが出来る。 According to the adsorbing element of the present invention, the honeycomb structure has a laminated structure of only substantially corrugated sheets, and a honeycomb structure can be easily produced by developing a laminated body of a large number of rectangular flat plates. Therefore, the manufacturing cost can be further reduced, and the opening shape of each cell is formed in a substantially hexagonal shape by the laminated structure in the honeycomb structure, so that the ventilation efficiency can be improved and the adsorption performance can be further improved. .
本発明に係る吸着素子の実施形態を図面に基づいて説明するが、以下に記載する構成要件の説明は本発明の実施態様の代表例であり、これらの内容に本発明は限定されるものではない。 Although the embodiment of the adsorption element according to the present invention will be described with reference to the drawings, the description of the constituent elements described below is a representative example of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents. Absent.
図1は、本発明に係る円筒状の吸着素子の外形を示す斜視図およびセルの形状を示す部分拡大図である。図2は、本発明に係る円柱状の吸着素子の外形を示す斜視図およびセルの形状を示す部分拡大図である。また、図3〜図7は、基材としてのハニカム構造体の製造方法を示す図である。そして、これらの図において、図3は、シートの積層体の作製における各シートの接合方法を示す部分的な斜視図、図4は、シートの積層体の外形を示す部分的な斜視図、図5は、シートの積層体を拡げた場合のシートの変形状態および形成されるセルの形状を示す積層体の部分的な側面図であり、図6は、円筒状のハニカム構造体の作製における積層体の展開方法を示す斜視図、図7は、円柱状のハニカム構造体の作製における積層体の展開方法を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing the outer shape of a cylindrical adsorption element according to the present invention and a partially enlarged view showing the shape of a cell. FIG. 2 is a perspective view showing an outer shape of a columnar adsorption element according to the present invention and a partially enlarged view showing a cell shape. Moreover, FIGS. 3-7 is a figure which shows the manufacturing method of the honeycomb structure as a base material. In these drawings, FIG. 3 is a partial perspective view showing a method of joining the sheets in the production of the sheet laminate, and FIG. 4 is a partial perspective view showing the outer shape of the sheet laminate. 5 is a partial side view of the laminate showing the deformation state of the sheet and the shape of the cell formed when the laminate of the sheet is expanded, and FIG. 6 is a laminate in the production of a cylindrical honeycomb structure. FIG. 7 is a perspective view showing a method for developing a laminate in the production of a columnar honeycomb structure.
本発明の吸着素子は、各種の吸着ヒートポンプや調湿システムにおいて吸着ローターとして使用される。周知の通り、吸着ヒートポンプは、吸着材の吸着・脱着現象に付随して起こる水、アルコール類などの吸着質の相変化を利用して熱を汲み上げるシステムであり、補助動力を用いることなく、低質熱エネルギーを熱源として作動させ得るため、省エネルギー化が求められるコジェネレーションシステム等の各種のシステムに適用して冷熱または温熱を生成することが出来る。 The adsorption element of the present invention is used as an adsorption rotor in various adsorption heat pumps and humidity control systems. As is well known, the adsorption heat pump is a system that pumps heat by using the phase change of adsorbate such as water and alcohol accompanying the adsorption / desorption phenomenon of the adsorbent, and it is low quality without using auxiliary power. Since thermal energy can be operated as a heat source, it can be applied to various systems such as cogeneration systems that require energy saving to generate cold or warm heat.
また、調湿システムは、倉庫内などの冷却を目的としたデシカント冷却装置を始め、建物の設備として設置される大型のデシカント空調装置、室内に設置される小型の除湿器や加湿器を含む除湿空調装置や加湿空調装置などとして構成され、吸着材の吸着・脱着作用を利用し、湿度調節すべき室内の空気または室内へ供給される空気から水分を除去してこれを屋外に排出したり、屋外の空気または屋外へ排出される空気から水分を吸着してこれを湿度調節すべき室内の空気または室内へ供給されるに供給するシステムであり、余剰の低質熱エネルギーを利用して湿度調節を行うことが出来る。 In addition, the humidity control system includes a desiccant cooling device for cooling in warehouses, etc., a large desiccant air conditioner installed as building equipment, and a dehumidifier including small dehumidifiers and humidifiers installed indoors. It is configured as an air conditioner or humidifier air conditioner, etc., using the adsorption / desorption action of the adsorbent, removing moisture from the indoor air to be humidity adjusted or the air supplied to the room, and discharging it to the outdoors, It is a system that adsorbs moisture from outdoor air or air that is exhausted to the outside and supplies it to indoor air that should be humidity-adjusted or supplied to the room, and adjusts humidity using excess low-quality heat energy Can be done.
本発明の吸着素子は、適用する装置の構造により、円筒状または円柱状に形成される。図1に符号(1A) で示す吸着素子は、外周面から内周面へ又は内周面から外周面へ通気可能に構成されることにより吸着質蒸気や水蒸気を吸脱着する円筒状の素子であり、図2に符号(1B)で示す吸着素子は、一方の端面から他方の端面へ通気可能に構成されることにより溶質蒸気や水蒸気を吸脱着する円柱状の素子である。 The adsorbing element of the present invention is formed in a cylindrical shape or a columnar shape, depending on the structure of the device to which it is applied. The adsorbing element indicated by reference numeral (1A) in FIG. 1 is a cylindrical element that adsorbs and desorbs adsorbate vapor and water vapor by being configured to allow ventilation from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface or from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface. 2 is a columnar element that adsorbs and desorbs solute vapor and water vapor by being configured to be able to vent from one end face to the other end face.
先ず、図1に示す円筒状の吸着素子(1A) について説明する。吸着素子(1A) は、周面に通気用のセル(4)が多数設けられた円筒状のハニカム構造体(1a)に吸着材を保持させて構成される。そして、吸着素子(1A) においては、ハニカム構造体(1a)が略波板状のシート(31)のみを円周方向に沿って積層した構造を備えていることにより、各セル(4)の開口形状が略六角形に形成されている。 First, the cylindrical adsorption element (1A) shown in FIG. 1 will be described. The adsorbing element (1A) is configured by holding an adsorbent on a cylindrical honeycomb structure (1a) having a large number of ventilation cells (4) provided on the peripheral surface. In the adsorption element (1A), the honeycomb structure (1a) has a structure in which only the substantially corrugated sheet (31) is laminated along the circumferential direction, so that each cell (4) The opening shape is substantially hexagonal.
ハニカム構造体(1a)は、帯状に形成され且つその長手方向に対してジグザグに屈曲した形状の略波板状のシート(31)がその長手方向を当該ハニカム構造体の軸線と平行に揃える状態で円周方向に沿って多数積層された構造を備えている。ハニカム構造体(1a)の周面に形成されたセル(4)は、隣接する略波板状のシート(31)の各凸部同士が所定の幅(後述する直線状接合部(21)の幅)で接合されることにより、その開口形状が略六角形に形成される。なお、ハニカム構造体(1a)において、隣接する略波板状のシート(31)によって形成されるセル(4)の配列方向(X)は、シート(31)の長手方向に沿った方向、すなわち、当該ハニカム構造体の軸線に沿った方向である。 The honeycomb structure (1a) is formed in a strip shape and a substantially corrugated sheet (31) having a zigzag shape with respect to the longitudinal direction aligns the longitudinal direction in parallel with the axis of the honeycomb structure. And a structure in which a large number of layers are stacked along the circumferential direction. In the cell (4) formed on the peripheral surface of the honeycomb structure (1a), the convex portions of the adjacent substantially corrugated sheet (31) have a predetermined width (a linear joint portion (21) described later). The opening shape is formed in a substantially hexagonal shape. In the honeycomb structure (1a), the arrangement direction (X) of the cells (4) formed by the adjacent substantially corrugated sheet (31) is the direction along the longitudinal direction of the sheet (31), that is, The direction along the axis of the honeycomb structure.
上記のハニカム構造体(1a)は、方形平板状(例えば帯状)に形成された多数のシート(31)を積層すると共に、各シート(31)の表裏に当該シートの一辺と平行に一定ピッチで且つ表裏で1/2ピッチずれた状態で設定された多数の直線状接合部(21)(図3参照)において各隣接するシート(31)を互いに接合して成る積層体(3)(図4参照)を使用し、これを拡げた場合にセル(4)が開口する側の平行な2つの積層面を湾曲させる状態に積層体(3)を展開することによって構成される。 The honeycomb structure (1a) is formed by laminating a large number of sheets (31) formed in a rectangular flat plate shape (for example, a band shape), and at a constant pitch parallel to one side of the sheet on the front and back of each sheet (31). And the laminated body (3) (FIG. 4) which joins each adjacent sheet | seat (31) mutually in many linear joining parts (21) (refer FIG. 3) set in the state shifted | deviated 1/2 pitch on the front and back. And the laminated body (3) is developed in a state in which the two parallel laminated surfaces on the side where the cells (4) open are curved.
ハニカム構造体(1a)及び吸着素子(1A)の製造方法を図3〜図6に基づいて説明すると、ハニカム構造体(1a)を製造するには、先ず、図3に示す様に、多数個のハニカム構造体(1a)を製造するに足る十分な大きさの平板状シート(2)を準備し、これらを積層すると共に各隣接する平板状シート(2)を所定部位で接合する。 The manufacturing method of the honeycomb structure (1a) and the adsorption element (1A) will be described with reference to FIGS. 3 to 6. In order to manufacture the honeycomb structure (1a), first, as shown in FIG. A flat sheet (2) large enough to produce the honeycomb structure (1a) is prepared, these are laminated, and each adjacent flat sheet (2) is joined at a predetermined site.
平板状シート(2)は、最終的に前述の略波板状のシート(31)に形成されるものであり、斯かる平板状シート(2)としては、粉体状の吸着材を保持し得る可撓性を備えた繊維質シートが使用される。本発明において、繊維質シートとは、無機あるいは有機の繊維状物質の集合体から成るシートを指し、繊維状物質は互いに絡み合っていてもよい。例えば、アスペクト比の大きなフィラーや、不織布なども「繊維状」の概念に包含される物質である。上記の様な繊維質シートを使用することにより、種々の大きさの吸着素子を容易に製造でき、耐振動性も向上させることが出来る。なお、本発明において、吸着材を保持した状態とは、後述する様に吸着材が含まれるスラリーをハニカム構造体に含浸させることにより、シート(31)の内部に吸着材の粉体が浸透し、シート(31)の表面に吸着材の層が形成された状態、換言すれば、吸着材を担持した状態を言う。 The flat sheet (2) is finally formed into the substantially corrugated sheet (31) described above, and the flat sheet (2) holds a powdery adsorbent. A fiber sheet with the flexibility to obtain is used. In the present invention, the fibrous sheet refers to a sheet made of an aggregate of inorganic or organic fibrous substances, and the fibrous substances may be intertwined with each other. For example, fillers having a large aspect ratio, nonwoven fabrics, and the like are also included in the concept of “fibrous”. By using the fibrous sheet as described above, adsorption elements of various sizes can be easily manufactured, and vibration resistance can be improved. In the present invention, the state of holding the adsorbent means that the adsorbent powder penetrates into the sheet (31) by impregnating the honeycomb structure with slurry containing the adsorbent as described later. The state in which the adsorbent layer is formed on the surface of the sheet (31), in other words, the state in which the adsorbent is supported.
具体的には、繊維質シートの構成材料としては、シリカ・アルミナを主成分としたセラミック繊維、ガラス繊維、PANやタールなど炭素を含む原料から製造された炭素繊維、繊維状の粘土物質などから成る鉱物系繊維、有機ケイ素ポリマーから製造された有機ケイ素系繊維、FeやCu、Al,Cr、Niなどの金属から製造された金属繊維などが挙げられる。化学繊維としては、アクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリクラール、ナイロン、レーヨン、ビニロン、ビニリデン、ポリ塩化ビニル、アセテート、ポリエステル等の繊維が挙げられる。また、セルロース、絹、木綿等の天然系繊維を使用することも出来る。 Specifically, the constituent material of the fibrous sheet includes ceramic fibers mainly composed of silica / alumina, glass fibers, carbon fibers produced from raw materials containing carbon such as PAN and tar, and fibrous clay substances. And mineral fibers, organic silicon fibers manufactured from organosilicon polymers, metal fibers manufactured from metals such as Fe, Cu, Al, Cr, and Ni. Examples of the chemical fiber include fibers such as acrylic, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyclar, nylon, rayon, vinylon, vinylidene, polyvinyl chloride, acetate, and polyester. Natural fibers such as cellulose, silk, and cotton can also be used.
特に、成形性、取扱性、製造コストを考慮すると、上記の繊維質シートの材料としては、不織布が好ましい。斯かる不織布としては、レーヨン、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル、ビニロン、キュプラ、芳香族ポリアミドなどの化学繊維系の不織布が挙げられる。そして、上記の様な化学繊維系の不織布は、単独の繊維から成るもの又は2種以上の繊維を積層したものの何れでもよい。周知の通り、不織布は、湿式法、乾式法、スパンボンド法、メルトブロー法、ケミカルボンド法、サーマルボンド法、ニードルパンチ法などの製法によって製造される。上記の繊維質シートの常態厚さは、通常は40〜600μm、好ましくは50〜400μmである。 In particular, in consideration of moldability, handleability, and manufacturing cost, the material for the fibrous sheet is preferably a nonwoven fabric. Examples of such a nonwoven fabric include chemical fiber-based nonwoven fabrics such as rayon, nylon, polyester, polyethylene, polypropylene, acrylic, vinylon, cupra, and aromatic polyamide. The chemical fiber nonwoven fabric as described above may be either a single fiber or a laminate of two or more fibers. As is well known, the nonwoven fabric is manufactured by a manufacturing method such as a wet method, a dry method, a spun bond method, a melt blow method, a chemical bond method, a thermal bond method, or a needle punch method. The normal thickness of the fibrous sheet is usually 40 to 600 μm, preferably 50 to 400 μm.
図3に示す平板状シート(2)は、ハニカム構造体(1a)の大きさ及びセル(4)の大きさに応じて、例えば100〜1000枚程度積層される。そして、各平板状シート(2)は、積層する際、加熱溶着、超音波溶着または接着剤を使用した接着などの材料に応じた接合法により、各隣接するシート(2)に対して順次に所定部位において接合される。平板状シート(2)においては、各隣接するシート(2)との接合部として、各シート(2)の表裏に当該シートの一辺と平行に一定ピッチで且つ表裏で1/2ピッチずれた状態で多数の直線状接合部(21)が設定される。シート(2)の一方の面における直線状接合部(21)の間隔は2〜15mm程度とされ、直線状接合部(21)を前記の間隔で設定した場合には、1つのセル(4)を最大対角線が3〜25mm程度のセルに形成できる。 The flat sheet (2) shown in FIG. 3 is laminated, for example, about 100 to 1000 sheets depending on the size of the honeycomb structure (1a) and the size of the cells (4). And each flat sheet (2) is laminated | stacked sequentially with respect to each adjacent sheet | seat (2) by joining methods according to materials, such as heat welding, ultrasonic welding, or adhesion | attachment using an adhesive agent, when laminating | stacking. Joined at a predetermined site. In the flat sheet (2), as a joint portion with each adjacent sheet (2), the front and back of each sheet (2) are shifted at a constant pitch parallel to one side of the sheet and ½ pitch on the front and back. A large number of linear joints (21) are set. The interval between the linear joint portions (21) on one surface of the sheet (2) is about 2 to 15 mm, and when the linear joint portion (21) is set at the above-mentioned interval, one cell (4) Can be formed in a cell having a maximum diagonal of about 3 to 25 mm.
平板状シート(2)を積層した後は、図4に示す様に、積層方向側の各端面のシートが長さ(L)、幅(W)の例えば帯状となる様に、平板状シート(2)の積層体を断裁して直方体の積層体(3)を作製する。すなわち、積層体(3)は、平板状シート(2)から形成された所定寸法の帯状のシート(31)が多数積層され且つ各隣接するシート(31)が前記の直線状接合部(21)において互いに接合されたものである。積層体(3)における長さ(L)はハニカム構造体(1a)の軸長に相当し、幅(W)はハニカム構造体(1a)の外径と内径の差(円筒の厚さ)に相当する。吸着素子(1A)を適用する装置によっても相違するが、ハニカム構造体(1a)の大きさ、すなわち、積層体(3)の大きさは、通常、長さ(L)が60〜400mm程度、幅(W)が10〜60mm程度とされる。 After laminating the flat sheet (2), as shown in FIG. 4, the flat sheet (such as a belt having a length (L) and a width (W) is formed on each end face on the laminating direction side. The laminate in 2) is cut to produce a rectangular parallelepiped laminate (3). That is, in the laminate (3), a large number of strip-like sheets (31) of a predetermined size formed from the flat sheet (2) are laminated, and each adjacent sheet (31) is the linear joint (21). Are joined together. The length (L) in the laminate (3) corresponds to the axial length of the honeycomb structure (1a), and the width (W) is the difference between the outer diameter and the inner diameter (cylinder thickness) of the honeycomb structure (1a). Equivalent to. Although it differs depending on the device to which the adsorption element (1A) is applied, the size of the honeycomb structure (1a), that is, the size of the laminated body (3) is usually about 60 to 400 mm in length (L), The width (W) is about 10 to 60 mm.
上記の様にして得られた積層体(3)は、これを積層方向(図4において上下の方向)に拡げた場合、図5に示す様に、各帯状のシート(31)が略波板状に変形すると共に、積層体(3)の長さ(L)に沿った平行な2つの積層面に多数のセル(4)が開口する。なお、図4中の符号(Y)の矢印は、積層体(3)を拡げた場合に形成されるセル(4)の連通方向を示しており、また、図5は、上記の積層面に形成されるセル(4)を示し、図5中の符号(X)の矢印は、各シート(31)の伸長方向および各隣接するシート(31)により形成されるセル(4)の配列方向を示す。 When the laminate (3) obtained as described above is expanded in the laminating direction (vertical direction in FIG. 4), as shown in FIG. 5, each belt-like sheet (31) is substantially corrugated. A large number of cells (4) are opened on two parallel laminated surfaces along the length (L) of the laminated body (3). In addition, the arrow of the code | symbol (Y) in FIG. 4 has shown the communication direction of the cell (4) formed when a laminated body (3) is expanded, and FIG. The cell (4) to be formed is shown, and the arrow (X) in FIG. 5 indicates the extending direction of each sheet (31) and the arrangement direction of the cells (4) formed by each adjacent sheet (31). Show.
そこで、本発明においては、図6に示す様に、上記の積層体(3)を使用し、これを拡げた場合に発現するセル(4)の開口がハニカム構造体(1a)の周面に位置する様態に、すなわち、積層体(3)を拡げた場合にセル(4)が開口する側の上記の平行な2つの積層面を湾曲させる状態に積層体(3)を展開することにより円筒状のハニカム構造体(1a)を構成する。換言すれば、積層体(3)を展開するにあたり、帯状のシート(31)の一方の長辺が内周に位置し、他方の長辺が外周に位置する様に、積層体(3)を環状に曲げる。そして、積層体(3)の積層方向の両端面に相当するシート(31)同士を接合する。 Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 6, the opening of the cell (4) that appears when the laminate (3) is used and expanded, is formed on the peripheral surface of the honeycomb structure (1a). In a state of being positioned, that is, when the laminate (3) is expanded, the cylinder (3) is developed by expanding the laminate (3) in a state in which the two parallel laminate surfaces on the side where the cell (4) opens are curved. The honeycomb structure (1a) is formed. In other words, when unfolding the laminate (3), the laminate (3) is placed so that one long side of the belt-like sheet (31) is located on the inner periphery and the other long side is located on the outer periphery. Bend in a ring. And the sheet | seat (31) corresponded to the both end surfaces of the lamination direction of a laminated body (3) is joined.
なお、ハニカム構造体(1a)を製造する場合、積層体(3)は、長さ(L)及び幅(W)に予め形成された多数の帯状のシート(31)を直接積層すると共に、積層する際にこれらを上記の直線状接合部(21)において接合することにより作製してもよい。 When the honeycomb structure (1a) is manufactured, the laminate (3) is formed by directly laminating a number of strip-like sheets (31) formed in advance in length (L) and width (W). In doing so, they may be produced by joining them at the above-described linear joint (21).
上記の様にして得られたハニカム構造体(1a)は、略波板状のシート(31)のみを円周方向に沿って積層した構造を備え、各セル(4)の開口形状が略六角形に形成されている。そして、本発明の吸着素子(1A)は、吸着材、バインダーおよび溶剤から成るスラリーを上記のハニカム構造体(1a)に含浸させた後、温風などによる乾燥処理を施すことにより製造される。すなわち、本発明の吸着素子(1A)は、ハニカム構造体(1a)の各シート(31)に吸着材がバインダーによって固定された構造を備えている。なお、吸着材およびバインダーについては後述する。 The honeycomb structure (1a) obtained as described above has a structure in which only a substantially corrugated sheet (31) is laminated along the circumferential direction, and the opening shape of each cell (4) is approximately six. It is formed in a square shape. The adsorbing element (1A) of the present invention is manufactured by impregnating the honeycomb structure (1a) with a slurry composed of an adsorbent, a binder, and a solvent, followed by drying treatment with hot air or the like. That is, the adsorption element (1A) of the present invention has a structure in which an adsorbent is fixed to each sheet (31) of the honeycomb structure (1a) with a binder. The adsorbent and the binder will be described later.
次に、図2に示す円柱状の吸着素子(1B)について説明する。吸着素子(1B)は、端面に通気用のセル(4)が多数設けられた円柱状(例えば短軸円柱状)のハニカム構造体(1b)に吸着材を保持させて構成される。そして、吸着素子(1B)においては、ハニカム構造体(1b)が略波板状のシート(31)のみを円周方向に沿って積層した構造を備えていることにより、各セル(4)の開口形状が略六角形に形成されている。 Next, the columnar adsorption element (1B) shown in FIG. 2 will be described. The adsorbing element (1B) is configured by holding an adsorbent on a columnar (for example, short-axis columnar) honeycomb structure (1b) provided with a large number of ventilation cells (4) on the end surface. And in adsorption element (1B), honeycomb structure (1b) is provided with the structure which laminated | stacked only the substantially corrugated sheet | seat (31) along the circumferential direction of each cell (4). The opening shape is substantially hexagonal.
ハニカム構造体(1b)は、図2に示す様に、例えば短軸円柱状に形成され且つ中心に回転軸が装着される。短軸円柱状のハニカム構造体(1b)は、帯状に形成され且つその長手方向に対してジグザグに屈曲した形状の略波板状のシート(31)がその長手方向を当該ハニカム構造体の半径に揃える状態で円周方向に沿って多数積層された構造を備えている。ハニカム構造体(1b)の端面に形成されたセル(4)は、隣接する略波板状のシート(31)の各凸部同士が所定の幅(直線状接合部(21)の幅)で接合されることにより、その開口形状が略六角形に形成される。なお、ハニカム構造体(1b)において、隣接する略波板状のシート(31)によって形成されるセル(4)の配列方向(X)は、シート(31)の長手方向に沿った方向、すなわち、当該ハニカム構造体の半径に沿った方向である。 As shown in FIG. 2, the honeycomb structure (1b) is formed in, for example, a short-axis columnar shape, and a rotation shaft is mounted at the center. The short-axis cylindrical honeycomb structure (1b) has a substantially corrugated sheet (31) formed in a strip shape and bent in a zigzag manner with respect to the longitudinal direction, and the longitudinal direction of the honeycomb structure (1b) has a radius of the honeycomb structure. A large number of structures are stacked along the circumferential direction. In the cell (4) formed on the end face of the honeycomb structure (1b), the convex portions of the adjacent substantially corrugated sheet (31) have a predetermined width (the width of the linear joint portion (21)). By joining, the opening shape is formed in a substantially hexagonal shape. In the honeycomb structure (1b), the arrangement direction (X) of the cells (4) formed by the adjacent substantially corrugated sheet (31) is the direction along the longitudinal direction of the sheet (31), that is, The direction along the radius of the honeycomb structure.
上記のハニカム構造体(1b)は、方形平板状(例えば帯状)に形成された多数の方形平板状のシート(31)を積層すると共に、各シート(31)の表裏に当該シートの一辺と平行に一定ピッチで且つ表裏で1/2ピッチずれた状態で設定された多数の直線状接合部(21)(図3参照)において各隣接するシート(31)を互いに接合して成る積層体(3)(図4参照)を使用し、これを拡げた場合にセル(4)が開口する側の積層面に隣接する他の平行な2つの積層面を湾曲させる状態に積層体(3)を展開することによって構成される。 The honeycomb structure (1b) is formed by stacking a large number of rectangular flat plate sheets (31) formed in a rectangular flat plate shape (for example, a belt shape), and parallel to one side of the sheet on the front and back of each sheet (31). A laminate (3) formed by joining adjacent sheets (31) to each other at a large number of linear joints (21) (see FIG. 3) set at a constant pitch and shifted by 1/2 pitch on the front and back sides. ) (See FIG. 4), when this is expanded, the laminated body (3) is expanded in a state in which the other two parallel laminated surfaces adjacent to the laminated surface on the side where the cell (4) opens are curved. It is composed by doing.
ハニカム構造体(1b)及び吸着素子(1B)の製造方法は、図3〜図5及び図7に示す通りであり、ハニカム構造体(1b)を製造する場合、積層体(3)を作製するまでの工程は、前述の円筒状のハニカム構造体(1a)と同様である。すなわち、ハニカム構造体(1b)は、略波板状に変形されるシート(31)の材料として、前述と同様の構成材料から成る図3に示す平板状シート(2)を使用し、前述と同様の方法により図4に示す様な積層体(3)を作製した後、斯かる積層体(3)を展開して製造される。 The manufacturing method of the honeycomb structure (1b) and the adsorbing element (1B) is as shown in FIG. 3 to FIG. 5 and FIG. 7. When the honeycomb structure (1b) is manufactured, the laminate (3) is manufactured. The steps up to here are the same as those of the above-described cylindrical honeycomb structure (1a). That is, the honeycomb structure (1b) uses a flat sheet (2) shown in FIG. 3 made of the same constituent material as the material of the sheet (31) deformed into a substantially corrugated plate, After producing the laminated body (3) as shown in FIG. 4 by the same method, the laminated body (3) is developed and manufactured.
本発明において、円柱状のハニカム構造体(1b)を製造する場合は、図7に示す様に、上記の積層体(3)を使用し、これを拡げた場合に発現するセル(4)の開口がハニカム構造体(1b)の端面に位置する状態に、すなわち、積層体(3)を拡げた場合にセル(4)が開口する側の積層面に隣接する他の平行な2つの積層面(図4においてシート(31)の幅(W)の側の積層面)を湾曲させる状態に積層体(3)を展開することによりハニカム構造体(1b)を構成する。換言すれば、積層体(3)を展開するにあたり、帯状のシート(31)の一方の短辺が内周に位置し、他方の短辺が外周に位置する様に、積層体(3)を環状に曲げる。そして、積層体(3)の積層方向の両端面に相当するシート(31)同士を接合する。 In the present invention, when the cylindrical honeycomb structure (1b) is manufactured, as shown in FIG. 7, the laminate (3) is used, and the cell (4) that is expressed when the laminate (3) is expanded is used. Two other parallel laminated surfaces adjacent to the laminated surface on which the cell (4) is opened when the opening is positioned on the end face of the honeycomb structure (1b), that is, when the laminated body (3) is expanded. The honeycomb structure (1b) is configured by developing the stacked body (3) in a state in which (the stacked surface on the width (W) side of the sheet (31) in FIG. 4) is curved. In other words, when unfolding the laminate (3), the laminate (3) is placed so that one short side of the belt-like sheet (31) is located on the inner periphery and the other short side is located on the outer periphery. Bend in a ring. And the sheet | seat (31) corresponded to the both end surfaces of the lamination direction of a laminated body (3) is joined.
なお、ハニカム構造体(1b)を製造する場合、前述のハニカム構造体(1a)と同様に、積層体(3)は、予め所定の寸法に形成された帯状のシート(31)を直接積層すると共に、積層する際にこれらを上記の直線状接合部(21)において接合することにより作製してもよい。 When the honeycomb structure (1b) is manufactured, the laminated body (3) is directly laminated with a belt-like sheet (31) formed in advance with a predetermined size, like the honeycomb structure (1a). At the same time, they may be produced by joining them at the linear joint (21) when they are laminated.
上記の様にして得られたハニカム構造体(1b)は、略波板状のシート(31)のみを円周方向に沿って積層した構造を備え、各セル(4)の開口形状が略六角形に形成されている。そして、本発明の吸着素子(1B)は、前述の吸着素子(1A)と同様に、吸着材、バインダーおよび溶剤から成るスラリーを上記のハニカム構造体(1b)に含浸させた後、温風などによる乾燥処理を施すことにより製造される。すなわち、本発明の吸着素子(1B)は、ハニカム構造体(1b)の各シート(31)に吸着材がバインダーによって固定された構造を備えている。 The honeycomb structure (1b) obtained as described above has a structure in which only the substantially corrugated sheet (31) is laminated along the circumferential direction, and the opening shape of each cell (4) is approximately six. It is formed in a square shape. The adsorbing element (1B) of the present invention is similar to the adsorbing element (1A) described above, after impregnating the honeycomb structure (1b) with a slurry composed of an adsorbent, a binder and a solvent, It is manufactured by performing the drying process by. That is, the adsorption element (1B) of the present invention has a structure in which an adsorbent is fixed to each sheet (31) of the honeycomb structure (1b) with a binder.
次に、本発明の吸着素子(1A)及び(1B)の製造に使用されるスラリー、および、これに含まれる吸着材、バインダーについて説明する。ハニカム構造体(1a)及び(1b)に含浸させるスラリーは吸着材、バインダー及び水などの溶剤から成る。その他に、本発明の効果を損なわない程度に安定剤などの他の物質が添加されてもよい。例えば上記の3成分から成るスラリーの配合割合は次の通りである。すなわち、吸着材が5〜60重量%、バインダーが0.1〜50重量%、溶剤が30〜94.9重量%の範囲である。好ましくは、吸着材が10〜45重量%、バインダーが1〜30重量%、溶剤が40〜80重量%の範囲である。更には、吸着材に対する溶剤の重量比率は、通常は1〜20%、好ましくは1.25〜5%の範囲にあり、バインダー量が吸着材の量を超えないことが好ましい。 Next, the slurry used for production of the adsorption elements (1A) and (1B) of the present invention, and the adsorbent and binder contained therein will be described. The slurry impregnated in the honeycomb structures (1a) and (1b) is composed of an adsorbent, a binder, and a solvent such as water. In addition, other substances such as a stabilizer may be added to the extent that the effects of the present invention are not impaired. For example, the blending ratio of the above three-component slurry is as follows. That is, the adsorbent is 5 to 60% by weight, the binder is 0.1 to 50% by weight, and the solvent is 30 to 94.9% by weight. Preferably, the adsorbent is 10 to 45% by weight, the binder is 1 to 30% by weight, and the solvent is 40 to 80% by weight. Furthermore, the weight ratio of the solvent to the adsorbent is usually in the range of 1 to 20%, preferably 1.25 to 5%, and it is preferable that the amount of binder does not exceed the amount of adsorbent.
スラリー中の吸着材、バインダーおよび溶剤の割合を上記の様に規定する理由は次の通りである。すなわち、溶剤に対する吸着材の割合が上限を超えた場合には、スラリー濃度が高過ぎて吸着材が円滑に含浸しない虞がある。逆に、下限を下回った場合には、一度に含浸できる吸着材の量が少なくなり非効率である。また、バインダー量が吸着材の量を超えた場合には、有効に利用されないバインダーが存在し、粒子同士の望ましくない凝集などを引き起こす虞がある。逆に、下限を下回った場合には、バインダーとしての機能を十分に果たすことが出来ない。なお、上記の様なスラリーをハニカム構造体(1a)及び(1b)の各シート(31)に含浸させるには、通常、ハニカム構造体(1a)及び(1b)をスラリーに浸漬させる。 The reason why the ratios of the adsorbent, binder and solvent in the slurry are defined as described above is as follows. That is, when the ratio of the adsorbent to the solvent exceeds the upper limit, the slurry concentration is too high and the adsorbent may not be impregnated smoothly. On the other hand, if the lower limit is not reached, the amount of adsorbent that can be impregnated at a time is reduced, which is inefficient. Further, when the amount of the binder exceeds the amount of the adsorbent, there is a binder that is not effectively used, which may cause undesirable aggregation of particles. On the other hand, when the value is below the lower limit, the function as a binder cannot be sufficiently achieved. In order to impregnate the sheets (31) of the honeycomb structures (1a) and (1b) with the slurry as described above, the honeycomb structures (1a) and (1b) are usually immersed in the slurry.
ハニカム構造体(1a)及び(1b)に吸着材を保持させるためのバインダーとしては、有機系または無機系バインダーの何れでもよいが、例えば、有機系のバインダーとしては、アクリル樹脂、酢ビ系樹脂、スチレン系樹脂、各種共重合樹脂、オレフィン系樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、シリコーン系樹脂などの樹脂成分を有機溶剤に溶解した接着剤、或いは、アクリル系樹脂エマルジョン、酢ビ系樹脂エマルジョン、スチレン系樹脂エマルジョン、各種共重合樹脂エマルジョン、オレフィン系樹脂エマルジョン、エポキシ樹脂エマルジョン、ウレタン樹脂エマルジョン、フェノール樹脂エマルジョン等の樹脂成分をエマルジョン化したエマルジョン系接着剤が挙げられる。 The binder for holding the adsorbent in the honeycomb structures (1a) and (1b) may be either an organic or inorganic binder. Examples of the organic binder include acrylic resins and vinyl acetate resins. , Styrene resins, various copolymer resins, olefin resins, epoxy resins, urethane resins, phenol resins, silicone resins and other adhesives dissolved in organic solvents, or acrylic resin emulsions, vinyl acetate resins Examples thereof include emulsion adhesives obtained by emulsifying resin components such as emulsions, styrene resin emulsions, various copolymer resin emulsions, olefin resin emulsions, epoxy resin emulsions, urethane resin emulsions, and phenol resin emulsions.
上記の様なバインダーにおいては、スラリーの安定性、耐熱性やスラリーの粘度調整の観点から種々のものを選択することが出来るが、特に熱的安定性の観点からは、エポキシ樹脂系の接着剤、より具体的にはエポキシ樹脂系のエマルジョン系接着剤が好ましい。シート材料や成形法によっては2種以上の接着剤を使用してもよい。また、無機系のバインダとしては、シリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾル、ジルコニアゾルが挙げられる。更に、有機系、無機系バインダー(後述するスラリー)には、シート(31)における熱伝導を向上させるため、熱伝導率の良い金属繊維、炭素繊維などの繊維状物質やアルミ、銅、銀などの金属粉体やグラファイト等を添加してもよい。 Various binders can be selected from the viewpoints of slurry stability, heat resistance and slurry viscosity adjustment, and particularly from the viewpoint of thermal stability, an epoxy resin adhesive is used. More specifically, an epoxy resin emulsion adhesive is preferable. Depending on the sheet material and the molding method, two or more kinds of adhesives may be used. Examples of the inorganic binder include silica sol, alumina sol, titania sol, and zirconia sol. Furthermore, for organic and inorganic binders (slurries described later), fibrous materials such as metal fibers and carbon fibers with good thermal conductivity, aluminum, copper, silver, etc. to improve thermal conductivity in the sheet (31). Metal powder or graphite may be added.
一方、ハニカム構造体(1a)及び(1b)に保持させる吸着材としては、ゼオライト、シリカゲル、アルミナ、活性炭、高分子収着体、イオン交換樹脂などが挙げられる。中でも、吸着質蒸気や水蒸気を容易に吸着し且つ低温域で容易に脱着し得るゼオライトが好ましく、特に、骨格構造に少なくともAlとPを含む結晶性アルミノフォスフェート類が好ましい。吸着材個々の粒子における吸着質蒸気や水蒸気の拡散を高める観点から、吸着材の粒子の大きさは、通常は平均粒径が0.1〜300ミクロン、好ましくは0.5〜250ミクロン、更に好ましくは1〜200ミクロン、最も好ましくは2〜100ミクロンとされる。ハニカム構造体(1b)及び(1a)の各シート(31)に対する吸着材の目付量は5〜200g/m2である。また、ハニカム構造体(1b)及び(1a)の体積当たりの吸着材の保持量は30〜200g/lが好ましい。 On the other hand, examples of the adsorbent retained on the honeycomb structures (1a) and (1b) include zeolite, silica gel, alumina, activated carbon, polymer sorbent, and ion exchange resin. Among these, zeolite that can easily adsorb adsorbate vapor and water vapor and can be easily desorbed in a low temperature range is preferable, and crystalline aluminophosphates containing at least Al and P in the skeleton structure are particularly preferable. From the viewpoint of increasing the diffusion of the adsorbate vapor and water vapor in the individual particles of the adsorbent, the particle size of the adsorbent is usually 0.1 to 300 microns, preferably 0.5 to 250 microns, and preferably 0.5 to 250 microns. Preferably it is 1 to 200 microns, most preferably 2 to 100 microns. The basis weight of the adsorbent for each sheet (31) of the honeycomb structures (1b) and (1a) is 5 to 200 g / m 2 . The amount of adsorbent retained per volume of the honeycomb structures (1b) and (1a) is preferably 30 to 200 g / l.
上記のアルミノフォスフェート類(以下、ALPO類と適宜略記する)は、IZA(International Zeolite Association)の定める結晶性アルミノフォスフェートである。結晶性アルミノフォスフェートは、骨格構造を構成する原子がアルミニウム及びリンであり、その一部が他の原子で置換されていても良い。中でも、吸着特性の点から、(I)アルミニウムがヘテロ原子Me1で一部置換されたMe−アルミノフォスフェート(但し、Me1は周期表第三または第四周期に属し、2A族、7A族、8族、1B族、2B族、3B族(Alを除く)の元素から選ばれる少なくとも一種類の元素)、(II)リンがヘテロ原子Me2で置換されたMe−アルミノフォスフェート(但し、Me2は周期表第三または第四周期に属する4B族元素)、あるいは、(III)アルミニウムとリンの両方がそれぞれヘテロ原子Me1,Me2で置換されたMe−アルミノフォスフェートが好ましい。 The above aluminophosphates (hereinafter abbreviated as ALPOs as appropriate) are crystalline aluminophosphates defined by IZA (International Zeolite Association). In the crystalline aluminophosphate, atoms constituting the skeletal structure are aluminum and phosphorus, and a part thereof may be substituted with other atoms. Among these, from the viewpoint of adsorption characteristics, (I) Me-aluminophosphate in which aluminum is partially substituted with a heteroatom Me1 (where Me1 belongs to the third or fourth period of the periodic table, 2A group, 7A group, 8 Group, 1B group, 2B group, 3B group (except at least one element selected from Al), (II) Me-aluminophosphate in which phosphorus is substituted with hetero atom Me2 (where Me2 is a period) 4B group elements belonging to the third or fourth period of the table) or (III) Me-aluminophosphate in which both aluminum and phosphorus are substituted with heteroatoms Me1 and Me2, respectively.
Meは、1種でも2種以上含まれていても良い。好ましいMe(Me1,Me2)は、周期表第3、第4周期に属する元素である。Me1は2価の状態でイオン半径が3以上、0.8nm以下であるのが好ましく、更に好ましくは2価、4配位の状態でイオン半径が0.4以上、7nm以下である。上記の中でも、合成の容易さ、吸着特性の点から、Fe,Co,Mg,Znから選ばれる少なくとも一種類の元素であるのが好ましく、特にFeであるのが好ましい。Me2は、周期表第三または第四周期に属する4B族元素であり、好ましくはSiである。 Me may be contained alone or in combination of two or more. Preferable Me (Me1, Me2) is an element belonging to the third and fourth periods of the periodic table. Me1 preferably has an ionic radius of 3 or more and 0.8 nm or less in a divalent state, and more preferably has an ionic radius of 0.4 or more and 7 nm or less in a divalent or tetracoordinate state. Among these, from the viewpoint of ease of synthesis and adsorption characteristics, at least one element selected from Fe, Co, Mg, and Zn is preferable, and Fe is particularly preferable. Me2 is a group 4B element belonging to the third or fourth period of the periodic table, and is preferably Si.
また、上記のアルミノフォスフェート類としては、通常、そのフレームワーク密度(FD)が13T/nm3以上で且つ20T/nm3以下のものが使用される。フレームワーク密度の下限は、好ましくは13.5T/nm3以上であり、更に好ましくは14T/nm3以上である。一方、フレームワーク密度の上限は、好ましくは19T/nm3以下である。フレームワーク密度が上記の範囲未満では、構造が不安定となる傾向があり、耐久性が低下する。一方、フレームワーク密度が上記の範囲を越えると、吸着容量が小さくなり、吸着材としての使用に適さなくなる。なお、フレームワーク密度(単位:T/nm3)とは、単位体積(nm3)あたりに存在するT原子(ゼオライト1nm3当たりの酸素以外の骨格を構成する元素の数)を意味する。 Further, as the aluminophosphates, those having a framework density (FD) of 13 T / nm 3 or more and 20 T / nm 3 or less are usually used. The lower limit of the framework density is preferably 13.5 T / nm 3 or more, and more preferably 14 T / nm 3 or more. On the other hand, the upper limit of the framework density is preferably 19 T / nm 3 or less. If the framework density is less than the above range, the structure tends to be unstable, and the durability is lowered. On the other hand, if the framework density exceeds the above range, the adsorption capacity becomes small and it is not suitable for use as an adsorbent. The framework density (unit: T / nm 3 ) means T atoms (number of elements constituting a skeleton other than oxygen per 1 nm 3 of zeolite) present per unit volume (nm 3 ).
アルミノフォスフェート類の構造としては、IZAが定めるコードで示すと、AEI、AEL、AET、AFI、AFN、AFR、AFS、AFT、AFX、ATO、ATS、CHA、ERI、LEV、VFIが挙げられる。中でも、吸着特性、耐久性の点からは、AEI、AEL、AFI、CHA、LEVの構造を備えたものが好ましく、特に、AFI、CHAの構造を備えたものが好ましい。 The structure of aluminophosphates includes AEI, AEL, AET, AFI, AFN, AFR, AFS, AFT, AFX, ATO, ATS, CHA, ERI, LEV, and VFI, as indicated by the code defined by IZA. Among these, from the viewpoint of adsorption characteristics and durability, those having an AEI, AEL, AFI, CHA, and LEV structure are preferable, and those having an AFI and CHA structure are particularly preferable.
吸着材としては、上記の様なアルミノフォスフェート類の中、SAPO−34、FAPO−5が特に好ましい。また、1種または2種以上のALPO類を組み合わせて使用することも出来る。なお、FAPO及びSAPOは、製造条件は特に限定さないが、通常、アルミニウム源、リン源、必要に応じてSi,Fe等のMe源、および、テンプレートを混合した後、水熱合成して製造される。また、ALPO類は、例えば特公平1−57041、特開2003−183020、特開2004−136269等の公報に記載の公知の合成法を利用して合成することが出来る。 Among the above aluminophosphates, SAPO-34 and FAPO-5 are particularly preferable as the adsorbent. One or two or more kinds of ALPOs can also be used in combination. The production conditions of FAPO and SAPO are not particularly limited, but are usually produced by hydrothermal synthesis after mixing an aluminum source, a phosphorus source, and a Me source such as Si and Fe as required, and a template. Is done. ALPOs can be synthesized using known synthesis methods described in, for example, JP-B-1-57041, JP-A-2003-183020, JP-A-2004-136269, and the like.
上記の様な本発明の吸着素子(1A)及び(1B)によれば、略波板状のシート(31)のみの積層構造をハニカム構造体(1a)及び(1b)が備えており、方形平板状の多数のシート(31)の積層体(3)(図4参照)を展開することによりハニカム構造体(1a)及び(1b)を簡単に作製できるため、製造コストをより低減できる。そして、ハニカム構造体(1a)及び(1b)における上記の積層構造により各セル(4)の開口形状が略六角形に形成されているため、通気効率を高め、吸着性能をより高めることが出来る。 According to the adsorbing elements (1A) and (1B) of the present invention as described above, the honeycomb structures (1a) and (1b) are provided with the laminated structure of only the substantially corrugated sheet (31), and the rectangular structure Since the honeycomb structures (1a) and (1b) can be easily produced by developing the laminate (3) (see FIG. 4) of a large number of flat sheets (31), the manufacturing cost can be further reduced. And since the opening shape of each cell (4) is formed in the substantially hexagon shape by said laminated structure in honeycomb structure (1a) and (1b), ventilation efficiency can be improved and adsorption | suction performance can be improved more. .
また、本発明の吸着素子(1A)及び(1B)において、ハニカム構造体(1a)及び(1b)のシート(31)が繊維質シート、特に不織布によって構成されている場合には、例えば粒径が10μm以下と言ったより小さな粒径の吸着材を多量に積層することにより、吸脱着能力をより高めることが出来、素子自体を一層小型化することが出来る。更に、吸着材として、前述の特定のゼオライトを使用した場合には、狭い温度範囲において吸着質蒸気や水蒸気を容易に吸脱着でき且つ低温域で容易に脱着できるため、余剰の低質熱エネルギーを利用した吸着ヒートポンプや調湿システム、特に小型の除湿空調装置、加湿空調装置などに好適に使用できる。 In the adsorption elements (1A) and (1B) of the present invention, when the sheet (31) of the honeycomb structures (1a) and (1b) is composed of a fibrous sheet, particularly a non-woven fabric, for example, the particle size By stacking a large amount of adsorbents having a smaller particle diameter of 10 μm or less, the adsorption / desorption capability can be further increased, and the device itself can be further miniaturized. Furthermore, when the above-mentioned specific zeolite is used as the adsorbent, adsorbate vapor and water vapor can be easily adsorbed and desorbed in a narrow temperature range and can be easily desorbed in a low temperature range. The adsorption heat pump and the humidity control system, particularly the small dehumidifying air conditioner and the humidifying air conditioner can be suitably used.
実施例1:
図1に示す円筒状の吸着素子(1A)を製造した。ハニカム構造体(1a)として、外径が120mm、内径が80mm、高さが85mmの構造体を作製した。ハニカム構造体(1a)は、ポリエステル製の不織布から成るシート(31)を182枚積層したものであり、各シート(31)の平板状態における縦横の長さは95mm×20mm、常態厚さは280μmであった。また、積層体(3)を展開して円筒を形成する際、両端のシート(31)を粘着剤で結合し、内径が80mmとなる様に筒内にメッシュ製の円筒状芯材を挿入した。そして、得られたハニカム構造体(1a)の周面に形成されたセル(4)は、平均最大対角線長さが6.9mmの略六角形のセルであり、ハニカム構造体(1a)の有効体積は534cm3であった。
Example 1:
A cylindrical adsorption element (1A) shown in FIG. 1 was produced. As the honeycomb structure (1a), a structure having an outer diameter of 120 mm, an inner diameter of 80 mm, and a height of 85 mm was produced. The honeycomb structure (1a) is obtained by laminating 182 sheets (31) made of polyester non-woven fabric. Each sheet (31) has a vertical and horizontal length of 95 mm × 20 mm and a normal thickness of 280 μm. Met. Further, when the laminate (3) was developed to form a cylinder, the sheets (31) at both ends were joined with an adhesive, and a mesh cylindrical core was inserted into the cylinder so that the inner diameter was 80 mm. . The cells (4) formed on the peripheral surface of the obtained honeycomb structure (1a) are substantially hexagonal cells having an average maximum diagonal length of 6.9 mm, and the honeycomb structure (1a) is effective. The volume was 534 cm 3 .
上記のハニカム構造体(1a)に吸着材を保持させるにあたり、特開2003−183020の実施例2に記載の方法で合成し、粉砕して得られた平均粒径が5μmのSAPO−34を800g、シリカ変性アクリル共重合樹脂が38wt%含まれたエマルジョンバインダーを210g、水を1190g混合調製したスラリーに対し、ハニカム構造体(1a)を浸漬させ、これを引き上げて回転させながら液切りを行うことにより、シート(31)にSAPO−34のスラリーを含浸させた。そして、斯かるハニカム構造体(1a)を120℃のオーブンに30分間装填して加熱乾燥させ、次いで、先に挿入したメッシュ製の円筒状芯材を抜き取ることにより吸着素子(1A)を得た。 In holding the adsorbent in the honeycomb structure (1a), 800 g of SAPO-34 having an average particle size of 5 μm obtained by synthesis and pulverization was synthesized by the method described in Example 2 of JP-A-2003-183020. The honeycomb structure (1a) is immersed in a slurry prepared by mixing 210 g of an emulsion binder containing 38 wt% of a silica-modified acrylic copolymer resin and 1190 g of water, and the liquid is drained while being pulled up and rotated. The sheet (31) was impregnated with the SAPO-34 slurry. Then, the honeycomb structure (1a) was charged in an oven at 120 ° C. for 30 minutes and dried by heating, and then the adsorbing element (1A) was obtained by extracting the previously inserted mesh cylindrical core material. .
上記の吸着素子(1A)について、重量測定により吸着材の量を測定したところ、ハニカム構造体(1a)に54gのSAPO−34が保持されていることが確認された。そして、吸着素子(1A)の吸着能力に関し、温度20℃、湿度50%、風速2m/sの空気流下に20分間放置した後、重量測定により吸着量を測定した結果、13.2gの水分を吸着していることが確認された。 With respect to the above adsorbing element (1A), when the amount of adsorbent was measured by weight measurement, it was confirmed that 54 g of SAPO-34 was held in the honeycomb structure (1a). And about adsorption | suction ability of adsorption | suction element (1A), after leaving for 20 minutes under the airflow of temperature 20 degreeC, humidity 50%, and wind speed 2m / s, as a result of measuring adsorption amount by weight measurement, 13.2g of water | moisture content was obtained. Adsorption was confirmed.
比較例1:
従来型の円筒状の吸着素子を製造すべく、平板状シートと波板状シートの積層体を作製し、実施例と同様に湾曲状態に展開する方法によって円筒状のハニカム構造体の作製を試みた。すなわち、常態厚さが120μmの平板状セラミックシートとコルゲート加工された波板状セラミックシートとを交互に積層することにより、最初に直方体のハニカム構造体を作製した。斯かる直方体のハニカム構造体の高さ(円筒体の軸長に相当する長さ)は85mm、長さ(円筒体の周方向に相当する長さ)は377mm、厚さ(セルの連通長さに相当する長さ)は20mmであった。また、各セルは略三角形のセルであり、当該セルの開口部の高さ(コルゲートの高さ)は4mm、配列ピッチは6mmであった。次いで、上記の直方体のハニカム構造体をその長さ方向の平行な辺が内外周となる様に円筒状に湾曲させたところ、亀裂やセルの崩壊が多数発生し、円筒状のハニカム構造体を作製することが出来なかった。
Comparative Example 1:
In order to manufacture a conventional cylindrical adsorbing element, a laminate of a flat sheet and a corrugated sheet was produced, and an attempt was made to produce a cylindrical honeycomb structure by a method of developing in a curved state in the same manner as in the examples. It was. That is, a rectangular parallelepiped honeycomb structure was first manufactured by alternately laminating a flat ceramic sheet having a normal thickness of 120 μm and a corrugated corrugated ceramic sheet. The height (length corresponding to the axial length of the cylindrical body) of such a rectangular parallelepiped honeycomb structure is 85 mm, the length (length corresponding to the circumferential direction of the cylindrical body) is 377 mm, and the thickness (cell communication length). (Length corresponding to) was 20 mm. Each cell was a substantially triangular cell, and the height of the opening of the cell (corrugated height) was 4 mm, and the arrangement pitch was 6 mm. Next, when the above rectangular parallelepiped honeycomb structure was curved in a cylindrical shape so that the parallel sides in the length direction became the inner and outer circumferences, many cracks and cell collapse occurred, and the cylindrical honeycomb structure was I couldn't make it.
比較例2:
従来型の円筒状の吸着素子を製造すべく、平板状シートと波板状シートの積層体を複数個作製し、これらを連結する方法によって円筒状のハニカム構造体の作製を試みた。すなわち、常態厚さが120μmの平板状セラミックシートとコルゲート加工された波板状セラミックシートとを交互に積層することにより、最初に柱状の積層体を8個作製した。各柱状の積層体の高さ(円筒体の軸長に相当する長さ)は85mm、長さ(円筒体の周方向に相当する長さ)は31.4mm、厚さ(セルの連通長さに相当する長さ)は20mmであった。また、柱状の積層体において各セルは略三角形のセルであり、当該セルの開口部の高さ(コルゲートの高さ)は4mm、配列ピッチは6mmであった。
Comparative Example 2:
In order to manufacture a conventional cylindrical adsorbing element, a plurality of laminates of a flat sheet and a corrugated sheet were prepared, and an attempt was made to produce a cylindrical honeycomb structure by a method of connecting them. That is, eight columnar laminates were first produced by alternately laminating a flat ceramic sheet having a normal thickness of 120 μm and corrugated corrugated ceramic sheets. The height (length corresponding to the axial length of the cylindrical body) of each columnar laminate is 85 mm, the length (length corresponding to the circumferential direction of the cylindrical body) is 31.4 mm, and the thickness (cell communication length) (Length corresponding to) was 20 mm. In addition, each cell in the columnar laminate was a substantially triangular cell, and the height of the opening of the cell (corrugated height) was 4 mm, and the arrangement pitch was 6 mm.
次いで、8個の積層体をその長さ方向の平行な辺が内外周となる様に略円環状に集合配置すると共に、円環状の集合体の両端面を外径120mm、内径80mmのドーナツ板で固定することにより、略円筒状のハニカム構造体を作製した。斯かるハニカム構造体は、中央空間部の断面形状が実際には八角形であった。また、ハニカム構造体の内周面の面積は実施例1と略同様であったが、有効体積は427cm3であり、実施例1よりも20%小さかった。 Next, the eight laminated bodies are gathered and arranged in a substantially annular shape so that the parallel sides in the length direction become the inner and outer circumferences, and the donut plates having an outer diameter of 120 mm and an inner diameter of 80 mm are arranged at both end faces of the annular aggregate. By fixing with, a substantially cylindrical honeycomb structure was produced. In such a honeycomb structure, the cross-sectional shape of the central space portion was actually an octagon. Further, the area of the inner peripheral surface of the honeycomb structure was substantially the same as that in Example 1, but the effective volume was 427 cm 3 , which was 20% smaller than that in Example 1.
上記の様に作製したハニカム構造体に対し、実施例1と同様の方法により吸着材としてSAPO−34を保持させ、略円筒状の吸着素子を製造した。そして、斯かる吸着素子について、重量測定により吸着材の量を測定したところ、ハニカム構造体に42gのSAPO−34が保持されていることが確認された。そして、吸着素子の吸着能力に関し、実施例1と同様の方法により吸着量を測定した結果、10.0gの水分しか吸着されていないことが確認された。 With respect to the honeycomb structure manufactured as described above, SAPO-34 was held as an adsorbent by the same method as in Example 1 to produce a substantially cylindrical adsorbing element. And about such an adsorption | suction element, when the quantity of the adsorbent was measured by weight measurement, it was confirmed that 42g of SAPO-34 is hold | maintained at the honeycomb structure. And about the adsorption | suction capability of an adsorption | suction element, as a result of measuring adsorption amount by the method similar to Example 1, it was confirmed that only 10.0 g of water | moisture content is adsorb | sucked.
1A:円筒状の吸着素子
1a:円筒状のハニカム構造体
1B:円柱状の吸着素子
1b:円柱状のハニカム構造体
2 :平板状シート
21:直線状接合部
3 :積層体
31:方形平板状のシート
4 :セル
L :積層体の長さ
W :積層体の幅
X :隣接するシートによって形成されたセルの配列方向
Y :積層体によって形成されるセルの通気方向
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